.
في البداية سأعود للتذكير بطريقة عمل الدارة .
لدى أحد الأصدقاء جهاز ينطفئ عندما تنطفئ الكهرباء و لكنه لا يعود للعمل عندما تعود و السبب هو أن تشغيله يعتمد على ضغط كبسة تشغيل و كبسة تشغيل العملية.. أي كبستين متتاليتين، و الجهاز يحتوي بورد الكتروني للتحكم.به.
طلب مني دارة تقوم بتشغيل الجهاز أوتوماتيكياً عن طريق ضغط الكبسات من الخارج .
يجب أن تقوم الدارة بما يلي:
الانتظار مدة يمكن ضبطها بين 5-10 ثواني بعد عودة الكهرباء
ثم إعطاء نبضة مدتها بين 0.5 -1 ثانية لتشغيل الكبسة الأولى.
ثم الانتظار حوالي 2 ثانية
ثم إعطاء نبضة بين 0.5 -1 ثانية لتشغيل الكبسة الثانية.
و سنستخدم ريليات لتقوم بضغط الكبسات (تماس حر).
تغذية الدارة هي 24 فولت.
–
**طريقة التفكير **
إن كل ما فكر به أغلب المشاركين بالتعليق هو كيفية توليد نبضة واحدة ذات عرض معين، و هذا يمكن باستخدام الدارة المتكاملة الشهيرة 555 في وضعية عمل المهتز أحادي الاستقرار ( مونوستيبل monostable) الموضحة في الشكل(١).
و لكن المشكلة أننا نحتاج لنبضتين متتابعتين بينهما فاصل زمني محدد ، و هنا يمكن وضع دارتي مونوستيبل مع دارة تأخير زمني بين النبضة و الأخرى. و لكن في هذه الحالة سنحتاج لضبط زمن كل دارة لوحدها في حال أراد المستخدم تغيير زمن النبضة .
.
الحل الأفضل كان باستخدام العداد العشري 4017 من سلسلة عائلة CMOS و الذي يظهر مخططه التفصيلي في الشكل(٢).
هذا العداد يستلم نبضات من مدخل CK فيقوم بإخراج نبضات بالتتابع من مخارجه العشرة ، أي أنه بعد توصيل التغذية مباشرة سيكون الخرج رقم (0) يعطي قيمة عالية high أو ما نسميه 1 منطقي ، وهي هنا تساوي قيمة جهد التغذية منقوصاً منها 0.5 فولت.
و باقي المخارج ستعطي قيمة 0 منطقي أي ستعطي أرضي جهد التغذية GND .
بعد ورود النبضة على CK فإن الحال يتغير و ينتقل إلى المخرج (1) فقط ليعطي 1 منطقي ، و تصبح باقي المخارج بقيمة خرج 0 منطقي و هكذا.
يظهر الشكل(٣) ما يسمى المخطط الزمني للعداد حيث نشاهد تتابع نبضات المخارج حسب نبضات الدخل.
الآن سنستخدم هذا العداد لدارتنا مع إعطاءه نبضات زمنها 0.5 ثانية للمدخل CK فيولد نبضات متتابعة زمن كل واحدة منها 0.5 ثانية.
نأخذ الخرج رقم 1 في العداد و نترك فاصل عدة مخارج ثم نأخذ الخرج رقم 5 فيكون لدينا فاصل زمني بين النبضات التي نريدها يساوي ٢ ثانية .
نأخذ هذه المخارج و نشغل بها ترانزستورات لقيادة الريليات كما يظهر في الشكل(٤).
من أجل ألا تتكرر النبضات فإننا بحاجة لتوقيف العداد بعد الحصول على النبضات ، و لذلك سنقوم بوصل المخرج التالي ( رقم6) إلى مدخل العداد Clock Inhibit أي مدخل عدم تفعيل نبضات الدخل و الذي سيوقف العداد عن الاستجابة و تقف الحالة (1) عند آخر مخرج وصلنا إليه عند تفعيل هذا المدخل كما يظهر في الشكل السابق .
الآن نحتاج لدارة توليد نبضات بقيمة قابلة للعيار بين 0.5 -1 ثانية.
سنتسخدم الآيسي الشهيرة 555 بوضعية العمل كمهتز عديم الاستقرار Astable أو ما يسمى مولد نبضات الساعة Clock أو المهتز المتعدد multivibrator كما في الشكل(٥).
يمكن ضبط قيمة زمن النبضة T بواسطة المقاومتين Raو Rb و المكثف C حسب القوانين في الشكل (٥).
لتغيير قيمة زمن النبضة فسنقوم بتغيير قيمة RB لأنها تدخل في زمن الشحن و التفريغ للآيسي .
يظهر الشكل(٦) استخدام الآيسي 555 مع حساب قيم المقاومات و المكثف بحيث يمكن تعديل زمن النبضة من 0.2 ثانية إلى 10 ثانية.
.
الآن نريد تحقيق التأخير الزمني الأولي الذي يتراوح بين 5-10 ثانية حسب ضبط الزبون.
لتحقيق هذا الأمر يجب توقيف المهتز 555 عن العمل ريثما نحصل على التأخير الزمني المطلوب.
و لإيقاف المهتز عن العمل فسنستخدم المدخل RESET أي الرجل رقم 4 و التي إذا كانت موصولة بالأرضي ( المنطق 0) فإن المهتز يتوقف عن العمل ، و إذا كانت موصولة بجهد التغذية الموجب (المنطق1) فإن المهتز يعمل.
نحتاج لدارة تأخير زمني للتحكم بهذا المدخل ، و هنا سنستخدم دارة تأخير زمني باستخدام المكثف مع مقاومة مع مكبر عمليات Op-Amp.
أفضل مكبر عمليات لهذه العملية هو الآيسي LM358 التي تحتوي مكبري عمليات و تعمل مع جهود تغذية تترواح من 3- 32 فولت.
لتحقيق دارة تأخير زمني بعد بدء التغذية فإننا سنجعل مكثف يشحن عن طريق مقاومة ، إن الجهد على المكثف سيصل إلى قيمة 0.7 من جهد الشحن بعد زمن يساوي ضرب المقاومة بالمكثف t=RxC
لذلك سنضع على أحد المداخل مقسم جهد بنسبة 0.7 تقريباً ، و سنضع المكثف مع المقاومة على المدخل الآخر.
نختار المداخل (-) أو (+) لمكبر العمليات حسب الحالة الأولى التي نريدها لخرج مكبر العمليات ، فإن أردنا أن يكون الخرج في الحالة (0) أي ( الأرضي) و بعد التفعيل يصبح (1) أي ( الجهد الموجب Vcc) ، عندها نضع مقسم الجهد على المدخل (-) و المكثف مع المقاومة على المدخل (+) ، هكذا يكون المدخل (-) متفوق طالما جهده أعلى من جهد المدخل (+) فيكون جهد الخرج (0). و عندما يشحن المكثف سيزداد جهده لأعلى من 0.7Vcc عندها يتفوق جهد المدخل (+) على جهد المدخل (-) و ينقلب الخرج إلى (1) أي Vcc .
في الشكل (٧) تظهر دارة التأخير الزمني باستخدام مكبر العمليات التي استخدمتها في المشروع.
.
** المشاكل**
إلى الآن اكتملت الدارة ، و لكن ظهر ثلاث مشاكل:
الأولى أنه عند بدء التغذية فإن مخارج العداد 4017 تأخذ نبضات عشوائية عابرة قبل أن تستقر، فتقفل الدارة على وضعية عدم تأهيل مدخل النبضات، و تصبح بحاجة لتصفير Reset .
يوجد للعداد مدخل اسمه Reset في الرجل رقم 15 ، و هذا المدخل يتفعل و يجعل كل المخارج بوضعية (0) إذا كان موصول للحالة (1) ، و يتوقف تفعيله إذا كان موصولاً إلى الحالة (0 ) أي إلى جهد الأرضي للدارة.
نحن بحاجة لجعله بالوضعية (1) لثواني بعد تغذية الدارة ريثما تستقر، لذلك سنستخدم دارة تأخير زمني بسيطة مكونة من مكثف و مقاومة لتحقيق هذه الغاية كما يظهر في الشكل(٨).
المشكلة الثانية هي أنه عند فصل الكهرباء و عودتها بسرعة فإن مكثف دارة التأخير الزمني يبقى مشحون و لا تتفعل النبضات و يبقى الجهاز مطفأ.
هنا الحل كان بوضع ديود لتفريغ المكثف عند فصل التغذية كما يظهر من الشكل(٩).
المشكلة الثالثة و هي أن وحدة تغذية الجهاز هي ٢٤ فولت بينما العناصر المستخدمة لا تتحمل أكثر من ١٥ فولت و الأفضل أن تعمل بجهد ١٢ فولت.
كما أن الريليات تعطي حالات عابرة تتسبب بتشغيل عشوائي للدارة .
في الشكل (١٠) قمت باستخدام منظم 7812 لتخفيض الجهد من ٢٤ إلى ١٢ فولت، و قمت بفصل تغذية الريليات عن تغذية الدارة بواسطة ديودات حجز كي لا تعود النبضات العابرة منها.
و استخدمت ديود حماية لمدخل الدارة كي يحميها من التوصيل العكسي لجهد التغذية.
.
في الشكل(١١) مخطط الدارة النهائي بكل تفاصيله.
و في الأخير صورة للدارة النهائية .
